[轉貼] 測量約瑟芬元件的電容

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兩組物理學家分別利用不同的方法，首次直接測量約瑟芬元件的電容。這個方法將可以使科學家直接探測量子電腦中量子位元(qubit)的狀態，而不至於改變其狀態。

約瑟芬元件基本上是一種三明治型的結構，以兩層超導金屬中間夾著一層絕緣體所形成。約瑟芬元件具有廣泛的應用，尤其是製作目前最靈敏的磁場探測器－超導量子干涉元件SQUID。

根據古典理論，約瑟芬元件會具有類似自感的性質，不過在八零年代，理論學家發現當約瑟芬元件的尺寸逐漸縮小，會產生電容的性質。瑞典Chalmers University of Technology的Per Delsing和芬蘭 Helsinki University of Technology的Pertti Hakonen及莫斯科的Landau Institute of Theoretical Physics 同時以不同的方法證實了這個性質。瑞典的研究人員利用由兩個約瑟芬元件所串聯而成的Cooper pair電晶體效應。而芬蘭－莫斯科的研究人員則是利用單一約瑟芬元件的Cooper-pair box效應。

瑞典科學家是將Cooper pair 電晶體接在一個共振回路上並且放在大約絕對溫度千分之一度的環境下。外加RF頻率的訊號並測量反射後訊號的相位變化。用這個方法，他們發現約瑟芬元件這時就像是一個量子電容一般。芬蘭－莫斯科也是利用類似的方法。他們發現這個電容的性質就像理論所預測的一樣。

而這個方法最重要的用途將可能是決定量子電腦中量子位元的狀態。因為在量子位元的0與1中，約瑟芬元件的電容值不相同。更重要的試用這種方法不會對量子位元作干擾，而這正是目前量子電腦所面對的最大挑戰。